一种风电用绞股埋弧焊丝、核壳梯度氟碱型烧结焊剂及其制备方法和应用与流程

本发明涉及一种风电用绞股埋弧焊丝、核壳梯度氟碱型烧结焊剂及其制备方法和应用，属于焊接材料及其制备。

背景技术：

1、随着风电装备向大型化、高塔化和海上化发展，风电塔筒、过渡段及大型连接钢结构的板厚和服役要求不断提高。q420、q460级低合金高强钢因具有较高屈服强度和较好的综合性能，被用于风电塔筒及相关承载构件。上述结构通常采用长焊缝、厚板和多层多道埋弧焊接。要求焊接材料除需要满足强度匹配外，还需要兼顾低温冲击韧性、抗氢致裂纹能力、焊缝成形、脱渣性能以及连续送丝稳定性。单一焊丝的合金设计受到成分与工艺性能的共同限制，普通多股焊丝往往采用固定直径和固定绞距，难以对不同合金焊丝的空间位置、熔化节律及送丝扭矩进行调节。

2、另一方面，均质烧结焊剂中的净化组分、稳弧组分和成形组分在同一颗粒中随机分布，难以在颗粒强度、低氢、控氧、稳弧和脱渣之间同时取得稳定平衡。因此，需要对焊丝的直径配比、绞距、相位和表面结构进行设计，并使其与具有分层组分分布的烧结焊剂配套使用。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术所存在的上述不足和问题，提供一种风电用绞股埋弧焊丝、核壳梯度氟碱型烧结焊剂及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案：

3、本发明的目的之一是提供一种风电行业用绞股埋弧焊丝，该绞股埋弧焊丝由2~7股的a类焊丝和/或b类焊丝绞合形成，绞合后总等效直径为3.2～5.5mm，绞距p沿轴向按长度分别以节距p1和节距p2交替周期变化；p1为8～18mm，p2为18～40mm。

4、进一步限定，每一个节距p1段和每一个节距p2段的轴向长度为50～250mm，相邻段之间可以阶梯切换，也可以通过20～80mm的过渡段连续改变绞距。

5、进一步限定，a类焊丝的单丝直径da为1.0～2.5mm，按质量百分比计包括：c 0.03～0.14%，si≤0.35%，mn 1.35～2.05%，s≤0.030%，p≤0.030%，余量为fe及不可避免的杂质。

6、进一步限定，b类焊丝的单丝直径db为1.0～2.5mm，按质量百分比计包括：c 0.04～0.13%，si≤0.45%，mn 1.40～2.15%，mo 0.35～0.85%，s≤0.030%，p≤0.030%，余量为fe及不可避免的杂质。

7、进一步限定，db/da为0.85～0.98或1.02～1.25。

8、进一步限定，绞股埋弧焊丝由a类焊丝和b类焊丝绞合形成，a类焊丝的总截面积与b类焊丝的总截面积比为（35～70）：（65～30）。

9、进一步限定，当绞股埋弧焊丝为3股结构时，包括2股a类焊丝和1股b类焊丝。

10、进一步限定，当绞股埋弧焊丝为4股结构时，包括2股a类焊丝和2股b类焊丝。

11、进一步限定，当绞股埋弧焊丝为5股结构时，b焊丝至少为2股，且b类焊丝为中心股，或者b类焊丝为中心股，a类焊丝与b类焊丝在外层沿圆周方向交替设置。

12、进一步限定，绞股埋弧焊丝还具有反向锁捻结构，反向锁捻结构通过在基础绞股完成后沿与基础绞向相反的方向施加轻度复捻形成，每一个基础绞距长度内的反向转角α为3°～12°。

13、更进一步限定，反向转角α为5°～8°。

14、更进一步限定，复捻过程中保持绞股焊丝的轴向张力，使各股焊丝仍保持贴合或稳定相对位置。

15、更进一步限定，复捻可在绞股设备的出线端设置独立复捻头完成，也可通过收线盘与绞股头之间的转速差完成。

16、进一步限定，a类焊丝和/或b类焊丝表面设有至少一条连续或间断的螺旋微沟槽，所述螺旋微沟槽的深度h为单丝直径的0.5～5%，宽度w为单丝直径的3～20%，螺距l为2～20mm。

17、更进一步限定，螺旋微沟槽可以为单头螺旋、多头螺旋、连续螺旋或沿轴向间断设置的螺旋。

18、更进一步限定，螺旋微沟槽横截面可为圆弧形、v形或梯形，优选采用无尖锐缺口的圆弧形或圆角梯形。

19、更进一步限定，螺旋微沟槽的深度h为0.01～0.08mm，宽度w为0.05～0.30mm。

20、更进一步限定，螺旋微沟槽通过激光刻槽或微滚压形成。

21、更进一步限定，采用激光刻槽时，使单丝绕自身轴线旋转并沿轴向进给，通过激光脉冲能量、扫描速度和旋转进给比控制沟槽尺寸；加工后去除表面熔渣并清洗。

22、更进一步限定，采用微滚压时，使带有螺旋凸棱的压纹轮与单丝接触，通过压下量和进给速度控制沟槽深度，并对沟槽边缘进行圆角化控制。

23、本发明的目的之二是提供一种上述风电行业用绞股埋弧焊丝的制备方法，该方法为：在a类焊丝张力为40～140n，b类焊丝张力为50～160n的条件下进行基础绞股，并通过伺服绞股头使绞距p以节距p1和节距p2交替周期变化，最后在180℃～320℃下保温0.5～2h。

24、进一步限定，当设置反向锁捻结构时，在每一个基础绞距的基础绞股完成后沿相反绞向施加反向转角。

25、本发明的目的之三是提供一种上述风电行业用绞股埋弧焊丝配套使用的核壳梯度氟碱型烧结焊剂，该核壳梯度氟碱型烧结焊剂粒度为10～60目，含水量不大于0.08%，由净化内核颗粒和包覆在净化内核颗粒的成形层构成；所述净化内核颗粒占焊剂颗粒总质量的35～70%，成形层占焊剂颗粒总质量的30～65%。

26、进一步限定，核壳梯度氟碱型烧结焊剂为14～50目。

27、进一步限定，核壳梯度氟碱型烧结焊剂，按质量百分比计包括：caf218～35%，cao10～24%，mgo 4～12%，al2o310～24%，sio23～14%，mno 2～10%，tio21～8%，zro20～3.0%，b2o30～1.2%，ceo2和/或la2o30～1.5%，na2o与k2o的合计量为0.8%～5.0%，li2o 0～1.0%，fe-mn或金属锰粉0.5%～5%，烧结结合剂1%～7%，余量为不可避免的杂质。

28、进一步限定，核壳梯度氟碱型烧结焊剂的iiw碱度指数为1.9～3.3。

29、更进一步限定，核壳梯度氟碱型烧结焊剂的iiw碱度指数为2.2～2.9。

30、进一步限定，烧结结合剂为硅酸钠、硅酸钾和/或钠钾复合硅酸盐。

31、更进一步限定，zro2的含量为0.2～3.0%，b2o3的含量为0.05～1.2%，ceo2和/或la2o3的含量为0.05～1.5%。

32、进一步限定，核壳梯度氟碱型烧结焊剂使用前在300℃～450℃下保温1～3h烘干，烘干至焊剂含水量不大于0.08%。

33、本发明的目的之四是提供一种上述核壳梯度氟碱型烧结焊剂的制备方法，该方法为：采用圆盘造粒、转鼓造粒、挤压造粒、转鼓包覆或流化床包，将净化内核颗粒原料与部分烧结结合剂混合并造粒，形成净化内核颗粒，并在100～180℃下预干燥1～3h，然后使预干燥后的内核颗粒处于滚动或悬浮状态，喷入剩余烧结结合剂并加入外壳层原料，使外壳层原料包覆于内核颗粒表面，在120℃～200℃下干燥，并在650℃～850℃下烧结0.5～2.5h，冷却并筛分，得到核壳梯度氟碱型烧结焊剂。

34、进一步限定，烧结温度为750℃～800℃，烧结时间为1～1.5h。

35、本发明的目的之五是提供一种风电行业用焊接材料，具体的包括上述风电行业用绞股埋弧焊丝和上述核壳梯度氟碱型烧结焊剂，该焊接材料应用于q420或q460级风电塔筒纵缝、环缝、法兰连接区、过渡段或门框补强区自动埋弧焊接。

36、有益效果：

37、本发明将两种异径焊丝采用变节距的方式绞股得到异径变节距绞股埋弧焊丝，通过调整a类焊丝与b类焊丝的直径配比、轴向变节距和圆周相位分布，使含mo的b类焊丝在绞股焊丝中的空间位置按设定规律变化，继而实现mo元素以周期性方式进入熔池，兼顾合金设计与送丝截面的调整，有效提高焊缝强度、促进组织细化并改善低温冲击韧性。同时两种的异径、变节距以及相位的变化的绞股结构可增强熔池微搅拌，降低合金偏析和冲击韧性离散性。进一步的利用反向锁捻结构以减小绞股后的残余扭转趋势，或者在单丝表面设置螺旋微沟槽，以在不明显削弱单丝截面的条件下进一步改变焊丝局部表面形貌和股间接触状态。同时反向锁捻结构可部分抵消基础绞股产生的残余扭转趋势，降低放线过程中绞股体自行旋转或松股的可能性。

38、本发明提供的该核壳梯度氟碱型烧结焊剂由净化内核颗粒和包覆在净化内核颗粒的成形层构成，将净化组分与成形、稳弧组分在颗粒内分区配置，有利于在低氢、控氧、颗粒强度、稳弧和脱渣之间进行调节。

39、本发明将异径变节距绞股埋弧焊丝和核壳梯度氟碱型烧结焊剂用于风电塔筒厚板长焊缝的自动埋弧焊接，得到的焊缝成形饱满、铺展均匀、脱渣性良好，适合风电行业长焊缝、厚板、连续化自动焊接生产。